Природа и город в единстве
Факультет компьютерных наук и технологий
Специальность: Системное программирование
Необходимо признать, что работа и отдых в Германии отличаются от системы в Украине, и обладают лучшими тенденциями развития, что обеспечивает высокий уровень продуктивности работы и полное восстановление сил в промежутках отдыха. Вначале предлагаю ознакомиться с характером выполненных мною заданий в командировке, а затем подведем итог и выявим те положительные факторы, которые способствуют улучшению эффективности труда.
Первым заданием было ознакомление с курсом лекций «Надежность и безопасность автоматизированных систем управления» ("Zuverlaasigkeit und Sicherheit von Automatisierungssystemen"),который читается в Штуттгартском университете, под руководством Dr.-Ing. Nasser Jazdi и его дальнейшее развитие.
Под надежностью и безопасностью автоматизированной системы управления(АСУ) понимается ее защищенность от случайных или преднамеренных вмешательств в нормальный процесс ее функционирования, выражающийся в хищении или изменении информации (программная надежность), а также в нарушении ее работоспособности из-за отказов (аппаратная надежность).
«Аппаратная надежность технических средств автоматизированных систем управления определяется свойствами, включающими в себя понятия безотказность, работоспособность, долговечность и сохраняемост».
«Под программной надежностью и безопасностью автоматизированной системы управления понимается ее защищенность от случайных или преднамеренных вмешательств в нормальный процесс ее функционирования, выражающийся в хищении или изменении информации».
Экономическая эффективность автоматизированной системы управления определяется уровнем ее аппаратной и программной надежности. Снижение надежности приводит как вынужденным простоям, так и к аварийным ситуациям. Повышение надежности увеличивает стоимость системы и затраты на ее эксплуатацию. Экономически целесообразный уровень надежности выбирается сравнением схожих по структуре и функциям вариантов (критерий оптимизации надежности).
Важной задачей при создании методов и средств АСУ является установление и достижение требуемого уровня их (методов и средств АСУ) надежности. Установленный уровень надежности в значительной степени определяет эффективность технических систем. Поскольку процессы изменения параметров систем, изменение условий эксплуатации, моменты времени отказов, длительность работ по восстановлению являются случайными, то основным математическим аппаратом теории надежности являются теория вероятностей, математическая статистика, теория массового обслуживания и математическая логика. Достаточно удобно реализовать трудоёмкие математические методы расчета основных показателей надежности с помощью ЭВМ.
В рамках сотрудничества с Институтом автоматизации и программного обеспечения Штутгартского университета мною было разработано кроссплатформеное приложение с помощью технлогия Java-скрипт, в котором реализованы: моделирование вероятности отказа и безотказной работы с заданными параметрами системы, моделирование нормального распределения или распределение Гаусса («является наиболее универсальным, удобным и широко применяемым»1), моделирование экспоненциального распределения («описывает наработку до отказа объектов, у которых в результате сдаточных испытаний (выходного контроля) отсутствует период приработки, а назначенный ресурс установлен до окончания периода нормальной эксплуатации.Приложение работает в Internet Explorer 5+ и Nescape Navigator (соответственно и в Mozilla Firefox) при наличие Java-платформы.
Следующее задание было ознакомиться с курсом лекций «Программная инженерия часть 2» ("Softwaretechnik II"), найти в нем обучающие фильмы о программах (инструментах), которые применяются современным разработчиком программного обеспечения, затем проверить актуальность этих программ (инструментах) на теперешнее время, найти новые версии данных программ или найти более лучшие современные бесплатные программы-аналоги, а затем сделать их сравнительный анализ. После выполнения данного задания, в виду отсутствия руководителя практики Nasser‘а Jazdi, мною выполнялись небольшие поручения его заместителя (Dipl. Ing. Camelia Maga): конвертирование файлов MATLAB (модели робота и модели лифта) в исходный код C++, написание VBA-макросов для обработки Excel-таблиц (генерация заказа комплектующих для лифта).
После ознакомления со сравнительном анализом найденного актуального программного обеспечения Dr.-Ing. Nasser Jazdi дал новое задание – сделать обучающие фильмы по использованию данных программ, которые заменят старые фильмы в лекциях.
Мною был сделан обучающий фильм о программе Xenu's Link Sleuth (TM). Данная программа полезна для разработчиков web-сайтов и выполняет проверку сайтов на битые ссылки. Проверяются ссылки на страницы, изображения, фреймы, плагины, фоновые рисунки, таблицы стилей, скрипты и ява апплеты, а также составляется карта сайта и есть возможность сгенерировать отчет в различных видах (даже в форме e-mail). Программа бесплатная, сайт разработчика http://home.snafu.de/tilman/xenulink.html.
RSM инструмент, который обязан быть у хорошего разработчика программного обеспечения. С ее помощью можно оценить эффективность кода и выявить наиболее громоздкие части кода. Данная программа относительно дешевая, также доступна бесплатная версия для версия для студентов, она полнофункциональная и имеет ограничение на 10 запусков, что позволяет использовать ее для анализа студенческих проектов любой сложности.
Затем были сделаны 2 фильма для курса лекций по надежности автоматизированных систем – для программ IQ (APIS) FMEA Software и Isograph Reliability Software FaultTree. Данные программы платные, есть возможность заказать версию для академического использования. На данный момент это одни из лидеров программ в своей области, и используются такими не мало известными компаниями как A-123 Systems, Robert Bosch Corporation, Daimler (Mercedes), BMW и General Motors.
Данные программы представляют собой аналоги друг друга, но имеют разную функциональность и подход к решению задачи. Отличительной чертой обоих продуктов является их распространенность в инженерных кругах крупных компаний и одновременно малое количество информации, необходимых для обучения продвинутых специалистов, в интернете и высокая стоимость образовательных курсов (порядка 800 евро для человека), проводимых фирмами-разработчиками.
IQ (APIS) FMEA Software и Isograph Reliability Software FaultTree используются для оценки надежности системы (например, нового выпускаемого продукта) и ее отдельных компонентов, причем желательно такой анализ выполнять на начальном этапе – этапе проектирования самой системы. Такой анализ позволяет выявить наиболее слабые (наиболее подверженные ошибкам) компоненты системы и тем самым подскажут основные факторы при производстве или проектировании продукта, которым необходимо уделить особое внимание. Также есть возможность систематизировать и выделить наиболее частые базовые (низкоуровневые) ошибки (причины ошибок) и разрабатывать структуру системы исходя из этого (т.е. добавить дополнительные компоненты контроля или защиты от ошибок).
Принцип работы IQ (APIS) FMEA Software базируется на FMEA (или FMECA) принципе «анализа причин и последствий ошибок» - данный стандарт был разработан министерством обороны США. Он базируется на исследовании низкоуровневых ошибок(отказов) и выяплении потенциальны причин отказа системы. В фильме об Q (APIS) FMEA Software вначале мною было включено вводное ознакомление с FMEA подходом.
Сам IQ (APIS) FMEA Software требует построения структурной схемы системы или процесса выполненной в не менее чем в 3-х ступенчатой иерархии (причина-отказ-последствия), определения отказов и их свойств, а также методов борьбы и предупреждением отказов и определения показателей эффективности этих свойств (IQ (APIS) FMEA Software имеем встроенную систему слежения за эффективностью борьбы методов с отказами). Затем неоходимо свазять функции компонентов системы в дерево и связать в единое дерево ошибки, свойственные элементам в структуре системы. Когда все готово, IQ (APIS) FMEA Software рассчитывает надежностные показатели системы. Строит дерево отказов и причин, и стандартную FMECA таблицу (отчет) для системы.
С помощью Isograph Reliability Software FaultTree также был сделан проект ICM, который затем использовался в фильме. Инструмент Isograph Reliability Software FaultTree состоит из трех редакторов: Fault Trees, Event Trees, Markov Models. С помощью Fault Trees строится иерархическая схема отказов соединенной логическими выражениями, в основе которой располагаются базовые события (низкоуровневые ошибки/отказы), для которых определяется модель надежности (например, модель распределения Вейбулла) и основные показатели надежности. Когда построение завершено, то можно выполнить моделирование и получить статистические показатели для элементов схемы отказов с более высокого уровня иерархии или для системы в целом. С помощью Event Trees можно построить дерево возможных событий в системе и определить вероятность появления существенной ошибки в системе, исходя из эффективности элементов защиты от нее и учитывая модели распределения низкоуровневых отказов. С помощью Markov Models можно построить граф состояний, в которых может находится система во время своей работы, а также определить условия, качественные и количественные характеристики, при которых будет происходить переход и одного состояния в другое. Затем можно произвести моделирование системы во временных единицах и получить статистику нахождения системы в отдельных состояниях, определить готовность системы, ее восстанавливаемость и безотказность. После этого можно выполнить построение графиков для различных надежностных показателей (на основе полученных результатов моделирования, в качестве отчета).
Методика преподавания в Штутгартском университете несколько отличается от методики преподавания в ДонНТУ. Лекции читаются большой аудитории студентов, причем доля материала, который выносится на самостоятельную проработку, больше, чем в нашем университете – что, возможно, обусловлено лучшим обеспечением студентов технической литературой и качеством этой литературы. Сами лекции фактически существуют в форме сборников презентации и обучающих фильмов, объясняющие некоторые процессы или ознакомляющие с работой программных продуктов. Презентации содержат тезисную информацию и главные аспекты, а основную и дополнительную информацию раскрывает сам лектор. Большое внимание в презентациях уделяется прикладным примерам, нередко и очередная тема лекции начинается с знакомства с прикладной задачей, а затем плавно переходит к решению проблемы с помощью теоретической базы.
Нужно также заметить, что презентации лекций IAS имеют некий стандарт построения их структуры, стереотипы графического представления элементов лекций по типу (признак конца лекций, цвет выделения и пр.), что делает презентацию интуитивно понятной и привычной – не тратится много внимания на графические эффекты.
В целом лекции в IAS перекликаются содержанием с лекциями в ФКНТ, украинские студенты способны не только ориентироваться в лекциях IAS, но и хорошо знакомы с подробностями большинства тем. Т.е. подготовка студентов идет в схожих направлениях.
Также IAS старается предоставлять наиболее актуальную информацию в лекциях, особенно касательно применяемых программных инструментов. Давать в примерах ссылки на свежее программное обеспечение, а также предоставлять фильмы по ознакомлению с данными программами. Это дает возможность студентам IAS стать готовыми специалистами по использованию новейших программ, в которых (студентах) крайне нуждаются весьма респектабельные предприятия. Конечно, и IAS не хватает финансирования, чтобы обеспечить своих студентов платным программным обеспечением и обучить пользованию (что также не дешево), и упор делается на бесплатный софт, но, в плане такой подготовки, IAS опережает другие институты.
Отличная работа невозможна без хорошего отдыха, но здесь немцы решили проявить хитрость: сама окружающая среда и обстановка способствует быстрому снятию напряжения, а порой и сама работа оказывается отдыхом! Нужно отметить и дружелюбную к природе инфраструктуру города Штутгарта и хороший набор рекреационных и развлекательных заведений.
Природа и город в единстве